硅晶（Monocrystalline silicon），属半导体材料，主要包括单晶硅与多晶硅，广泛应用于电子工业和光伏能源领域。单晶硅纯度通常超过99.9999%，具有金刚石晶格结构，导电率随温度升高而增加，可通过直拉法、区熔法及外延法等工艺制成。多晶硅呈灰色金属光泽，硬度介于锗与石英之间，是单晶硅的直接原料，两者在物理性质与各向异性表现上差异显著。
单晶硅经掺杂ⅢA族或ⅤA族元素可形成P型或N型半导体，两者结合构成太阳能电池的核心结构，并用于制造半导体器件、大功率电子元件等。多晶硅则作为电子设备基础材料应用。2022年，德国科学家首次将铒原子集成至硅晶体，为量子网络构建提供了新方案 [1]。硅晶圆占据半导体材料市场约40%成本份额，在集成电路领域应用占比达99%，其生产工艺持续优化纯度与平整度以适配先进制程 [2]。
- 中文名
- 硅晶
- 外文名
- silicon
- 包 括
- 多晶硅和单晶硅
- 作 用
- 半导体器件等
单晶硅
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纯度要求达到99.9999%，甚至达到99.9999999%以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。
用途：单晶硅具有基本完整的点阵结构的晶体，多晶硅，是单质硅的一种形态。单晶硅具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随着温度升高而增加，具有半导体性质。单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第ЩA族元素，形成P型半导体，掺入微量的第VA族元素，形成N型，N型和P型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。
多晶硅
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（polycrystalline silicon）有灰色金属光泽，密度2.32~2.34g/cm3。熔点1410℃。沸点2355℃。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。
多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。
科研
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2022年11月，德国科学家首次将拥有特殊光学特性的铒原子集成到硅晶体内，这些原子可通过通信领域常用的光连接起来，使其成为未来量子网络的理想构建块。科学家展示了一种利用嵌入硅晶体内的原子构建量子网络的可行方法。 [1]
